يعتقد الجميع أن الجليد يتشكل عندما تصبح درجة حرارة الماء 0 درجة مئوية ، لكن هذا الرقم ليس صحيحًا دائمًا. في الواقع ، هذا الرقم هو ما يتسبب في تحطم العديد من الطائرات!
نقطة التجمد هي اللحظة التي ينتقل فيها الماء السائل إلى الحالة الصلبة. من الناحية النظرية ، الصفر هو الدرجة التي يبدأ عندها الماء في التجمد. لكن هل تعلم أن الماء في شكله السائل يمكن تخزينه في درجات حرارة شديدة البرودة قد تصل إلى 47 درجة مئوية تحت الصفر؟
كيف يمكن أن يبقى الماء سائلاً عند درجة حرارة أقل من الصفر؟
الإجابة هي أن الماء يحتاج إلى بلورة ذرية أو جزيئات صغيرة أخرى (نوى) لتكوين بلورات ثلجية. بمعنى آخر ، يحتاج إلى مساعدة في تكوين الجزيئات المجمدة الأولى بطريقة محاذاة صحيحة لبداية التجميد الكلي.
بينما يوفر الغبار أو الشوائب عادةً هذا اللب ، فإن الماء النقي جدًا لن يتبلور حتى تقترب بنية جزيئات الماء السائل من أي جسم آخر. توفر هذه الأجسام سطحًا لتشكل جزيئات الجليد.
درجة حرارة تجميد الماء الحقيقية
لذلك ، كشفت الدراسات أن الماء الفائق البرودة يتحول إلى جليد عند درجة حرارة أقل من 48 درجة مئوية ، ليس فقط بسبب البرودة الشديدة ، ولكن لأن التركيب الجزيئي للماء يتغير جسديًا لتشكيل جزيئات رباعية السطوح ، يبدأ الالتصاق بالجزيئات الأخرى ، مكونًا الجليد.
ولأن المياه العادية أو مياه الشرب مليئة بالشوائب ، فإنها تتصلب بسرعة وسهولة عند درجة حرارة صفر ، لكن الماء النقي له حسابات أخرى.
ووفقا ل ل دراسة من قبل الكيميائيين فاليريا مولينيرو وإميلي مور، جليد الماء يحتوي على 16 الأشكال البلورية المختلفة التي من خلالها جزيئات الماء تلتصق ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية.
قال مولينيرو: "ما يجعل الماء غريبًا جدًا هو الطريقة التي يتصرف بها". "إنه مختلف تمامًا عن السوائل الأخرى. على سبيل المثال ، يطفو الجليد على الماء بينما تغرق معظم المواد الصلبة في أشكالها السائلة لأنها أكثر كثافة من السوائل. "
أيضًا ، يتجمد الماء المغلي بشكل أسرع من الماء العادي ، وتتميز جزيئات الماء بجذب بعضها البعض ، حتى لو صاعدًا ، وبالتالي تتحدى قانون الجاذبية ، وهو مشابه وقد يفسر وصول الدم والعناصر الغذائية إلى أعلى ، على عكس الجاذبية نحو الدماغ ، وهو نفس الشيء الذي يسمح للنباتات بامتصاص الماء من تحت سطح الأرض. اصعد إلى الأوراق والبتلات عبر الأوردة!
هذه الظاهرة موجودة في الطبيعة وليس في المختبرات
ظاهرة المياه المعجزة هذه لا توجد فقط في المختبرات ، ولكنها موجودة في الطبيعة ، حيث تم التحقق من وجود ماء سائل عند درجة حرارة 40 درجة مئوية في السحب.
هذه القدرة على البقاء في حالة سائلة تحت درجات حرارة شديدة البرودة تفسر ظاهرة السحب المليئة بالمياه.
والسبب هو أن السحب مليئة بالمياه النقية ، ولا توجد ذرات في ارتفاعها تطلق تكوينها الجليدي. يظلون محملين بحالتهم السائلة.
عندما نتأمل الشكل الجميل للسحب ، فإنها تصبح خطرًا مميتًا على الطائرات الطائرة ، فبمجرد أن تخترق هذه السحب وتتلامس مع جسم خارجي بمياه نقية شديدة البرودة ، يبدأ تكوين الجليد على الفور.
يغير الجليد الذي يتراكم على جوانب ومقدمة الطائرة مجرى الهواء ، ويزيد من حمل الطائرة ، مما يؤدي إلى انخفاض في ارتفاعها ، وانخفاض التحكم ، وبالتالي تحطمها.
لكن لا داعي للقلق ، فمعظم الطائرات الحديثة تتبنى أنظمة تكافح ظاهرة الثلج هذه ، وأحيانًا يتم رش الهيكل الخارجي بمواد مضادة للجليد قبل الطيران ، خاصة في دول نصف الكرة الشمالي.
سر اهتمام العلماء بشرح هذا اللغز
هناك العديد من الأسباب التي تجعل شرح ذلك مهمًا للعلماء ، وليس فقط لفهم السلوك الكيميائي والفيزيائي الغريب للمياه ، وفقًا لـ RSOC .
أولاً: من المهم دراسة تكوين السحب ، خاصة بالنسبة للسحب مختلطة الأطوار ، أي السحب التي تتكون من خليط من قطرات الماء وبلورات الجليد. يمكن أن تتشكل هذه الأنواع من السحب في درجات حرارة تتراوح بين 0 و -40 درجة مئوية وهي منتشرة بشكل خاص في القطب الشمالي.
ثانيًا: يحتوي الغلاف الجوي على كميات كبيرة من ملح البحر وكبريتات الأمونيوم ، ويتحكم توازن هاتين المسألتين في تكوين بلورات الجليد أم لا ، وبالتالي كيف وأين تتشكل غيوم الطور المختلط.
سبب آخر هو أن لب الجليد تأثير على الحفظ بالتبريد ، وهي التكنولوجيا التي يتم فيها تجميد الخلايا للتخزين واستخدامها في تقنيات الطب التجديدي ، والطب التناسلي ، والعديد من المجالات الأخرى التي يغزوها الطب الحديث ويحتاجها لفك تشفير الماء.
